第3期煤質(zhì)技術(shù)2011年5月爆化工煤制天然氣展望谷紅偉1,邢秀云2(1.中國(guó)神華能源股份有限公司煤炭銷售中心,北京10001;2.國(guó)家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,北京100013摘要:闡迷了天然氣賚源短缺的現(xiàn)實(shí)與開發(fā)煤制天然氣的可行性,簡(jiǎn)介了煤制天然氣的技術(shù)途與經(jīng)濟(jì)可行性,指出合理的天然氣生產(chǎn)布局及其開發(fā)的必要性,建議加強(qiáng)對(duì)直接甲烷化、甲烷化催化劑及多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的開發(fā)力度。關(guān)鍵詞:煤制天然氣;甲烷化;煤炭氣化中圖分類號(hào):TQ536文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-7677(2011)03-0050-04The prospects in coal-tor-nature gasGU Hong-wei, XING Xiu-yunCoal Sales Department Corporation, Shenhua Group Cor poration Ltd. Beijing 100011, China2. China Supervision and Test Center of Coal Quality, Beijing 100013, China)Abstract: The shortage of natural gas resource and the feasibility of developing coal-to-nature gas were discussed, and technologyways and economic feasibility of coal-to-nature gas are also introduced in brief. The rational production distribution andevelopment were necessary. The study on direct methanation and methanation catalyst and poly-generation should bestrengthened.Key words: coal-to-nature gas; methanation; coal gasification0前言選擇另建其它天然氣管線向歐洲供氣,之后俄國(guó)又與白俄羅斯發(fā)生因提高天然氣價(jià)格導(dǎo)致的爭(zhēng)端。對(duì)隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng),對(duì)能源于烏克蘭和白俄羅斯兩國(guó)既是天然氣用戶又是向西需求量也逐年不斷增大。在我國(guó)不斷推進(jìn)城市化進(jìn)歐供氣管道過境國(guó)來(lái)說,在事件中十分被動(dòng)6。程的形勢(shì)下,對(duì)優(yōu)質(zhì)、高效、低碳的清潔能源——天顯然,出于國(guó)家能源安全之需,立足國(guó)內(nèi)資源然氣的需求量亦不斷攀升。近年來(lái)采取了一系列開乃為上策。然而,國(guó)內(nèi)天然氣資源儲(chǔ)量雖經(jīng)近年來(lái)源與節(jié)流的措施,諸如2007年國(guó)家發(fā)改委頒布加大勘探力度,可采資源量逐年增加,但仍然極其《天然氣利用政策》,禁止天然氣制甲醇、限制有煤匱乏。除采用資源節(jié)流外,仍難以滿足天然氣國(guó)內(nèi)炭資源的地區(qū)用天然氣發(fā)電等措施;另外,除加強(qiáng)消費(fèi)量不斷地、連續(xù)地逐年增長(zhǎng)。而煤炭可采儲(chǔ)量天然氣資源勘探與生產(chǎn)開發(fā)之外,自2006年開始高居化石能源可采儲(chǔ)量的71.2%,2009年煤炭產(chǎn)即從國(guó)外進(jìn)口天然氣,如從俄羅斯西伯利亞和薩哈量29.73億t,2010年煤炭產(chǎn)量超過33億t。正由林進(jìn)入東北地區(qū)的天然氣管線;從中亞三國(guó)即哈薩于大量使用煤炭,導(dǎo)致煤煙型環(huán)境污染及溫室氣體克斯坦、土庫(kù)曼斯坦與烏茲別克斯坦鋪設(shè)天然氣管CO2排放量位居世界前列。出于切實(shí)承擔(dān)減排CO2線;我國(guó)東部和南部福建、廣東、浙江和上海等地溫室氣體對(duì)氣候變化影響的歷史使命的需要,我國(guó)的港口引進(jìn)澳大利亞、印度尼西亞和馬來(lái)西亞的液已將節(jié)能減排納入“十一五”發(fā)展規(guī)劃綱要,“十化天然氣(LNG)-別。受國(guó)際政治風(fēng)云變幻,地五”末我國(guó)節(jié)能減排業(yè)已達(dá)到預(yù)訂目標(biāo),但未來(lái)緣政治多變的影響,進(jìn)口天然氣存在一定程度的風(fēng)之路仍中國(guó)煤化工險(xiǎn)。例如:俄國(guó)與烏克蘭天然氣之爭(zhēng),導(dǎo)致歐洲冬天在化石能源季用氣高峰時(shí)停氣,供熱系統(tǒng)一片混亂。最后俄國(guó)中最低CNMH放是燃煤的第3期煤質(zhì)技術(shù)2011年5月1481分之一、SO2排放是燃煤的700分之一,無(wú)2.1煤制天然氣的煤炭資源豐富疑天然氣是潔凈的優(yōu)質(zhì)能源。立足于我國(guó)豐富煤炭除煉焦用煤(約占煤炭總儲(chǔ)量的24%)以外,資源,發(fā)展煤制天然氣既可提高國(guó)家能源安全供其它非煉焦用煤種(約占煤炭總儲(chǔ)量的76%)即,又可解決節(jié)能減排的發(fā)展目動(dòng)力用煤,理論上均可作為煤制天然氣的原料,1天然氣資源及消費(fèi)煤炭經(jīng)氣化制取合成氣,再經(jīng)甲烷化合成天然氣在我國(guó)煤炭資源中,不黏煤和長(zhǎng)焰煤儲(chǔ)量約占近二十多年來(lái),分別在1986年、1994年和30%,產(chǎn)量約占1/4,主要集中于華北和西北地2004年先后進(jìn)行了3次全國(guó)石油及天然氣資源評(píng)區(qū),又以內(nèi)蒙東勝和陜西神府煤田最為集中,儲(chǔ)量估。全國(guó)天然氣資源量達(dá)到47萬(wàn)億m3,最終可采達(dá)到3000億t以上;褐煤約占煤炭總儲(chǔ)量的1/8儲(chǔ)量14萬(wàn)億m。資源主要分布于中西部地區(qū),約主要分布于內(nèi)蒙東部與東北三盟相連地區(qū),多屬老占資源總量地80%,東部占8%,海域占12%。年褐煤。云南褐煤則屬于低階褐煤。由于褐煤水分盡管如此,天然氣在化石能源資源中僅占不到3%高于其它煤種,只能作動(dòng)力煤使用,又不宜于遠(yuǎn)距的比例。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),一次能源消費(fèi)增長(zhǎng)較離長(zhǎng)途運(yùn)輸,最適于就地利用。此外,邊遠(yuǎn)地區(qū),快,2000年~2008年一次能源消費(fèi)年平均增長(zhǎng)率如新疆自治區(qū)則有更豐富的動(dòng)力煤資源,可供利用如圖1所示1。的煤種多為不黏煤和長(zhǎng)焰煤。2.2煤制天然氣工藝技術(shù)煤制天然氣與其它煤制能源產(chǎn)品(如煤制油、二甲醚和甲醇)相比,具有轉(zhuǎn)化率和選擇性高,CO和H2的轉(zhuǎn)化率接近100%、單位熱值投資成本和水耗較低、廢熱利用率高、總熱效率最高。顯石油大然氣煤炭核能水電然,此特點(diǎn)對(duì)地處華北、西北水資源少的地區(qū)發(fā)展能源類型煤制天然氣是有利的。數(shù)據(jù)來(lái)源:BP世界能源統(tǒng)計(jì)20092.2.1煤制天然氣工藝技術(shù)圖12000年~2008年中國(guó)一次能源消費(fèi)年均增長(zhǎng)率(1)直接甲烷化制天然氣。美國(guó)巨點(diǎn)能源公司由圖1可知,天然氣消費(fèi)年平均增長(zhǎng)率達(dá)到開發(fā)的一步法技術(shù),即催化煤甲烷化,又稱蘭氣技15.9%,僅次于核能的20.1%,居第二位,明顯高術(shù)。優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備造價(jià)低、節(jié)能節(jié)水。于煤炭和石油。據(jù)2009年能源統(tǒng)計(jì)年鑒統(tǒng)計(jì),天然美國(guó) EXXON公司的催化蒸汽氣化法,煤與蒸氣年消費(fèi)量2000年僅245億m,全部自給。2006年汽經(jīng)催化劑催化生產(chǎn)甲烷,理論熱效率71.9%。561億m3,當(dāng)年開始進(jìn)口天然氣達(dá)到9.5億m3;加氫氣化,以氫氣作氣化劑將煤轉(zhuǎn)化成甲烷2008年消費(fèi)812億m3,進(jìn)口達(dá)到46億m3。預(yù)期理論熱效率79.62010年天然氣消費(fèi)量將超過1100億m3,上述諸法均處于研發(fā)階段,目標(biāo)為進(jìn)一步提高五”期間逐年遞增已成定局。截至2008年全國(guó)有煤制天然氣的競(jìng)爭(zhēng)力280多個(gè)城市建立和應(yīng)用天然氣,天然氣民用領(lǐng)域(2)間接甲烷化制天然氣。亦稱二步法煤制甲人口接近1.1億,供氣量約300億m3,約占當(dāng)年烷工藝。煤首先經(jīng)氣化制取合成氣,再經(jīng)催化甲烷天然氣供應(yīng)總量的45%?；a(chǎn)天然氣。其一,德國(guó)魯奇法。碎煤(粒度為2煤制天然氣6mm~50mm)在移動(dòng)床(亦稱固定層)氣化爐氣化生產(chǎn)合成氣,經(jīng)凈化、脫羧后,通過變換調(diào)整出于國(guó)家能源安全、進(jìn)口天然氣的地緣政治風(fēng)合成氣中的H2/CO比為31~33摩爾比,再在甲險(xiǎn)以及長(zhǎng)輸管線高額費(fèi)用等影響因素的考慮,為解烷化反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)催化反應(yīng)生產(chǎn)甲烷,合成氣轉(zhuǎn)化率決天然氣供需矛盾,基于煤炭資源儲(chǔ)量及生產(chǎn)量不小于98%。1984年投產(chǎn)的美國(guó)北達(dá)科達(dá)州大平在國(guó)內(nèi)開展煤制天然氣是可行的,并已被提到議事原( Great plain)煤制代用天然氣工廠,采用魯奇日程。此舉可作為石油液化氣、液化天然氣及常ⅣV中國(guó)煤化工產(chǎn)代用天然天然氣的補(bǔ)充和調(diào)峰氣源,以緩解供應(yīng)缺口。氣CNMHG5td,以及第3期煤質(zhì)技術(shù)2011年5月CO2、焦油、苯酚等化工產(chǎn)品。大平原煤制代用天種氣化工藝做過對(duì)比,由于流化床氣化壓力低,大然氣廠一直生產(chǎn)至今。建成后曾因天然氣市場(chǎng)飽和型化生產(chǎn)仍有問題,干式加料氣流床氣化(如而虧損,2000年后扭虧為盈0Shel法)雖然氣化指標(biāo)優(yōu)于水煤漿氣流床(如德(3)甲烷化技術(shù)。甲烷化是煤制天然氣的關(guān)鍵士古法),但其投資大,長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行尚待驗(yàn)證。技術(shù)。在加壓下有利于甲烷的生成,因?yàn)榛瘜W(xué)合成最后確定選擇魯奇(干式排灰)、液態(tài)排渣氣化總向體積減少的方向進(jìn)行。除魯奇法外,尚有英國(guó)(BGL)和水煤漿氣化。三者均為加壓氣化,前DAVY和丹麥 TOPSOE的甲烷化技術(shù)居于世界領(lǐng)者為移動(dòng)床,后一種為氣流床。三種氣化工藝及設(shè)先。雖然后兩者技術(shù)在合成氣轉(zhuǎn)化率優(yōu)于魯奇法,備均可在國(guó)內(nèi)制造。其中BGL正在云南解放軍化但其工業(yè)化程度落后于魯奇法。肥廠進(jìn)行工業(yè)化示范開發(fā)階段。評(píng)價(jià)對(duì)比以建廠規(guī)2.2.2氣化工藝技術(shù)及選擇模均為20億m3/a為基礎(chǔ)煤氣化是煤制天然氣的核心。氣化爐類型可分每1000m3合成天然氣三種氣化工藝能量消為移動(dòng)床、流化床、氣流床三類。國(guó)內(nèi)專家曾對(duì)三耗及轉(zhuǎn)化效率對(duì)比見表1表1每1000m3合成天然氣三種氣化工藝能量消耗及轉(zhuǎn)化效率對(duì)比項(xiàng)目單位耗能/移動(dòng)床干排渣工藝移動(dòng)床液態(tài)排渣工藝水煤漿氣流床工藝名稱消耗量能耗/GJ消耗量/t能耗/GJ消耗量/t能耗/GJ原料煤(ar)/t2.256汽8MP,530℃/4.28×1031.797.700.7482005MPa,158℃/t3.756×1030.31639.8×1030.42粗酚/t19.7×1030.0080.16液氨/t0.007-0.11硫磺/t0.010.090.010.0911.8×10M/Wh267.8213,4新鮮水/t2.51M/t0.00855.30脫鹽水/t4.23MJ/t總計(jì)能耗53.0551.7762.04天然氣/m334.534.5總能轉(zhuǎn)換率/%66.655.6將表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗分析得知奇法。水煤漿法最差,是BGL法的1.47倍和魯奇①工廠總能轉(zhuǎn)換率為主要綜合指標(biāo),預(yù)示節(jié)能法的1.37倍。減排、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的優(yōu)劣。此通過上述對(duì)比,國(guó)內(nèi)專家推薦BGL法。并認(rèn)指標(biāo)以BGL法最高,達(dá)到66.6%.其次為魯奇法為該工藝在國(guó)內(nèi)仍在示范階段。故采用應(yīng)謹(jǐn)慎為65.0%。水煤漿法氣化只為55.6%,每年比魯筆者認(rèn)為當(dāng)前應(yīng)以魯奇氣化為基礎(chǔ),開展煤制奇法將多耗煤88萬(wàn)t天然氣的開發(fā)示范試點(diǎn);甲烷化技術(shù)可引進(jìn)。同時(shí)②煤炭占總能耗:以魯奇法最低為85.3%積極研究煤氣化技術(shù)、直接甲烷化的技術(shù)及其催化③蒸汽占總能耗:以水煤漿氣化最低,僅為劑,以便未來(lái)立足國(guó)內(nèi),但魯奇法對(duì)環(huán)境的污染4.9%,BGL居次為127%,魯奇法為16.7%大,采用該法時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)環(huán)境污染的改善。④電占總能耗:魯奇法是58%,BGL法為4.85%及水煤漿法為7.2%H中國(guó)煤化工通過對(duì)比,投資額以BGL法最低,其次是魯自煤制汕。xCNMHG生產(chǎn)項(xiàng)目,灬嗎天然氣項(xiàng)目第3期煤質(zhì)技術(shù)2011年5月相繼出現(xiàn),詳見表2。潔、有效的現(xiàn)代潔凈煤技術(shù)模式,探索出一條跨行業(yè)、多聯(lián)產(chǎn)、集團(tuán)化發(fā)展之路。表2近期在建和擬建的煤制天然氣項(xiàng)目建設(shè)單位建設(shè)地點(diǎn)規(guī)模/億m3:a神華集團(tuán)內(nèi)蒙鄂爾多斯天然氣進(jìn)口量逐年增加,對(duì)外依存度亦與日俱大唐國(guó)際發(fā)電內(nèi)蒙克什克旗增。全世界天下太平遠(yuǎn)未到來(lái),如在天然氣進(jìn)口上大唐國(guó)際發(fā)電大唐華銀電力內(nèi)象鄂爾多斯4060063依然步進(jìn)口石油之后塵,則會(huì)出現(xiàn)能源安全與否取新疆廣匯新能源新疆伊吾決于國(guó)外的局面。出于國(guó)家能源安全之考慮,發(fā)展山東新汶礦業(yè)新疆伊犁煤制天然氣實(shí)乃上策中國(guó)海洋石油、山西大同煤業(yè)山西大同發(fā)展煤制天然氣既可作無(wú)天然氣供應(yīng)地區(qū)的氣內(nèi)蒙匯能媒化工內(nèi)蒙鄂爾多斯源,又可作管道天然氣的補(bǔ)充氣源和調(diào)峰氣源。神東天隆集團(tuán)新疆煤化工新疆吉木薩爾旦多聯(lián)產(chǎn)開發(fā)成功和應(yīng)用,則必將最終實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)、多聯(lián)產(chǎn)、集團(tuán)化發(fā)展之路如表2所示,表中的9個(gè)項(xiàng)目多以豐富的廉價(jià)煤制天然氣的布局與開發(fā)步驟需依可利用煤炭的不黏煤和長(zhǎng)焰煤(大同為弱黏結(jié)煤)為原料,采資源的分布,建廠地點(diǎn)的可利用水資源、電力、周用成熟技術(shù),大部分設(shè)備國(guó)內(nèi)自給少量引進(jìn),生產(chǎn)邊城市對(duì)天然氣的需求而統(tǒng)籌考慮。成本低,利潤(rùn)空間較大。參考文獻(xiàn):(2)煤制天然氣生產(chǎn)成本的影響因素。煤制天然氣生產(chǎn)廠的經(jīng)濟(jì)規(guī)模應(yīng)在年產(chǎn)10億m3以上。[l]許紅星,我國(guó)能源利用現(xiàn)狀與對(duì)策[J],中外能由于采用美國(guó)大平原模式,有焦油、輕油、粗酚、源,2010(1)液氨、元素硫等副產(chǎn)品,其收入可從總生產(chǎn)成本中[2]陸家亮,中國(guó)天然氣工業(yè)發(fā)展形勢(shì)及發(fā)展建議[扣除,對(duì)魯奇法和BGL法而言分別占總成本的3%和38%(大平原廠處于虧損年度,即以精加[3]田基本,制天然氣氣化技術(shù)選擇[]·煤化工工的副產(chǎn)品收入維持經(jīng)濟(jì)平衡)。煤成本約占總成2009(5)本的50%,副產(chǎn)品收入可抵消煤成本的60%左右。[4]汪家銘,煤制天然氣技術(shù)發(fā)展概況與市場(chǎng)前景[J(3)布局及開發(fā)步驟。煤制天然氣生存的重要天然氣化工,2010,35(1)因素是買方市場(chǎng),即天然氣極度短缺,生存空間巨[5]徐原,低碳經(jīng)濟(jì)與城市天然氣的發(fā)展[].煤氣與熱力,2010,30(6)大。目前布局與開發(fā)設(shè)點(diǎn)宜統(tǒng)籌考慮,僅鄂爾多斯[6]殷建平,黃輝,從俄烏天然氣爭(zhēng)端談中國(guó)的天然地即有三項(xiàng)目,而阜新的資源即將采完。當(dāng)前任安全[J]務(wù)是煤制天然氣是新項(xiàng)目,尚缺乏實(shí)際管理、運(yùn)行[]李大南,媒制合威天然氣工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析Ⅱ經(jīng)驗(yàn),將現(xiàn)有的項(xiàng)目完成長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行之后,恐需煤化工,2010(2)數(shù)年之久,再審時(shí)度勢(shì)繼續(xù)開發(fā)和擴(kuò)展規(guī)模[8]付國(guó)忠,陳超,我國(guó)天然氣供需現(xiàn)狀及煤制天然氣至于甲烷化催化劑,應(yīng)在已有開發(fā)的基礎(chǔ)上重工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析[J,中外能源,2010(6)點(diǎn)投入進(jìn)行自主研發(fā),開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)可[9]張文輝,以煤為原料合威天然氣技術(shù)發(fā)展前景分析實(shí)際應(yīng)用的催化劑系列J].煤,2009(9)直接甲烷化工藝在煤制天然氣領(lǐng)域更具優(yōu)越[10]劉志光,龔華俊,余黎明,我國(guó)煤制天然氣發(fā)展的性,可進(jìn)行布局研發(fā),借以提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和擴(kuò)大探討[],煤化工,2009(生存空間。[11]湯亞利,徐文滿,中國(guó)天然氣市場(chǎng)面臨的一次洗牌].天然氣工業(yè),2008(1)(4)積極研發(fā)多聯(lián)產(chǎn)工藝。多聯(lián)產(chǎn)工藝是由煤炭的多種加工工藝串聯(lián)或并聯(lián)而成的一種新工藝流作者簡(jiǎn)介:谷紅偉(1974-),男,遼南商丘人,高級(jí)工程師程。具有可實(shí)現(xiàn)物流、能量的梯級(jí)利用,實(shí)現(xiàn)廢物公回餾光銷虛山的從事科研管理工作零排放。有利于提高能源利用效率、節(jié)能減排、改中國(guó)煤化工善環(huán)境。最終實(shí)現(xiàn)煤炭利用的集約化、大規(guī)模、清CNMHG